Η ηλικιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδας (AMD) είναι η κύρια αιτία τύφλωσης. Ξεκινά στον εξωτερικό φραγμό αίματος-αμφιβληστροειδούς (oBRB) που σχηματίζεται από το επιθήλιο της χρωστικής του αμφιβληστροειδούς (RPE), τη μεμβράνη του Bruch και τη χοριοτριχοειδή. Οι μηχανισμοί έναρξης και εξέλιξης της AMD πρέπει ακόμα να γίνουν καλύτερα κατανοητοί λόγω της έλλειψης φυσιολογικά σχετικών μοντέλων ανθρώπινων oBRB.
Η ερευνητική ομάδα του Εθνικού Ινστιτούτου Οφθαλμών (NEI), μέρος των Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας, χρησιμοποίησε ασθενή стволови клетки και τρισδιάστατη βιοεκτύπωση για την παραγωγή οφθαλμικού ιστού που θα προωθήσει την κατανόηση των μηχανισμών των ασθενειών που τυφλώνουν. Οι επιστήμονες εκτύπωσαν έναν συνδυασμό κυττάρων που σχηματίζουν τον εξωτερικό φραγμό αίματος-αμφιβληστροειδούς.
Το χρωστικό επιθήλιο του αμφιβληστροειδούς (RPE), που διαχωρίζεται από την πλούσια σε αιμοφόρα αγγεία χοριοτριχοειδή Η μεμβράνη του Bruch, αποτελεί τον εξωτερικό φραγμό αίματος-αμφιβληστροειδούς. Η χοριοτριχοειδής και η RPE ανταλλάσσουν θρεπτικά συστατικά και απόβλητα υπό τον έλεγχο της μεμβράνης του Bruch. Το Drusen, που είναι συσσωρεύσεις λιποπρωτεϊνών, αναπτύσσεται έξω από τη μεμβράνη του Bruch σε AMD και εμποδίζει τη λειτουργία του. Η υποβάθμιση του RPE με την πάροδο του χρόνου προκαλεί επιδείνωση των φωτοϋποδοχέων και απώλεια όρασης.
Οι επιστήμονες συνδύασαν τρεις ανώριμους τύπους χοριοειδικών κυττάρων σε μια υδρογέλη: περικύτταρα, ενδοθηλιακά κύτταρα και ινοβλάστες. Στη συνέχεια εκτύπωσαν το τζελ σε βιοδιασπώμενο ικρίωμα. Μέσα σε λίγες μέρες, τα κύτταρα άρχισαν να ωριμάζουν σε ένα πυκνό τριχοειδές δίκτυο.
Την ένατη ημέρα, οι επιστήμονες έσπειραν επιθηλιακά κύτταρα με χρωστική ουσία αμφιβληστροειδούς στην άλλη πλευρά του ικριώματος. Ο εκτυπωμένος ιστός έφτασε σε πλήρη ωριμότητα την ημέρα 42. Οι αναλύσεις ιστών και οι γενετικές και λειτουργικές εξετάσεις έδειξαν ότι ο εκτυπωμένος ιστός έμοιαζε και συμπεριφέρθηκε παρόμοια με τον φυσικό εξωτερικό φραγμό αίματος-αμφιβληστροειδούς.
σι. Ο εξωτερικός φραγμός αίματος-αμφιβληστροειδούς του ματιού περιλαμβάνει το χρωστικό επιθήλιο του αμφιβληστροειδούς, τη μεμβράνη του Bruch και τη χοριοτριχοειδή. Πίστωση εικόνας: National Eye Institute.
ντο. Ανάπτυξη αιμοφόρων αγγείων σε τυπωμένες σειρές μείγματος ενδοθηλίου-περικυττάρου-ινοβλαστών. Την 7η ημέρα, τα αιμοφόρα αγγεία γεμίζουν το κενό μεταξύ των σειρών, σχηματίζοντας ένα δίκτυο τριχοειδών αγγείων. Πίστωση εικόνας: Kapil Bharti.
Όταν υποβλήθηκε σε στρες, ο τυπωμένος ιστός εμφάνιζε χαρακτηριστικά AMD πρώιμου σταδίου, όπως εναποθέσεις drusen κάτω από το RPE, και προχώρησε σε όψιμου σταδίου ξηρού σταδίου AMD, όπου παρατηρήθηκε διάσπαση ιστού. Τα χαμηλά επίπεδα οξυγόνου προκάλεσαν μια υγρή εμφάνιση που μοιάζει με AMD με χοριοειδή αγγειακό υπερπολλαπλασιασμό που μετακινήθηκε στη ζώνη υπο-RPE. Όταν χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της AMD, τα φάρμακα anti-VEGF επιβράδυναν τον σχηματισμό και τη μετανάστευση των αιμοφόρων αγγείων, ενώ παράλληλα βελτίωσαν το σχήμα του ιστού.
Ο Kapil Bharti, Ph.D., ο οποίος είναι επικεφαλής του τμήματος NEI για την Οφθαλμική Έρευνα και τη Μεταφραστική Έρευνα Βλαστοκυττάρων είπε: «Με την εκτύπωση κυττάρων, διευκολύνουμε την ανταλλαγή κυτταρικών ενδείξεων που είναι απαραίτητες για την κανονική ανατομία του εξωτερικού φραγμού αίματος-αμφιβληστροειδούς. Για παράδειγμα, η παρουσία κυττάρων RPE προκαλεί γονιδιακής έκφρασης αλλαγές στους ινοβλάστες που συμβάλλουν στο σχηματισμό της μεμβράνης του Bruch — κάτι που είχε προταθεί πριν από πολλά χρόνια, αλλά δεν είχε αποδειχθεί μέχρι το μοντέλο μας».
Οι επιστήμονες αντιμετώπισαν δύο τεχνολογικά ζητήματα: τη δημιουργία ενός κατάλληλου βιοδιασπώμενου ικριώματος και την επίτευξη ενός σταθερού μοτίβου εκτύπωσης. Ανέπτυξαν μια ευαίσθητη στη θερμοκρασία υδρογέλη που παρήγαγε διακριτές σειρές ενώ το πήκτωμα ήταν κρύο αλλά διαλύθηκε όταν το πήκτωμα θερμάνθηκε. Ένα πιο ακριβές σύστημα αξιολόγησης της αρχιτεκτονικής των ιστών κατέστη δυνατό χάρη στην καλή συνοχή της σειράς. Επιπλέον, βελτιστοποίησαν την αναλογία των ινοβλαστών, των ενδοθηλιακών κυττάρων και των περικυττάρων στον κυτταρικό συνδυασμό.
Ο συν-συγγραφέας Marc Ferrer, Ph.D., διευθυντής του 3D Tissue Bioprinting Laboratory στο NIH's National Center for Advancing Translational Sciences, και η ομάδα του παρείχαν τεχνογνωσία για τη βιοκατασκευή των εξωτερικών ιστών φραγμού αίματος-αμφιβληστροειδούς «in-a-well, μαζί με αναλυτικές μετρήσεις για να καταστεί δυνατός ο έλεγχος φαρμάκων.
[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]
«Οι συλλογικές μας προσπάθειες κατέληξαν σε πολύ σχετικά μοντέλα ιστού αμφιβληστροειδούς εκφυλιστικών οφθαλμικών παθήσεων», Ferrer είπε. «Τέτοια μοντέλα ιστών έχουν πολλές πιθανές χρήσεις σε μεταφραστικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της θεραπευτικής ανάπτυξης».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Min Jae Song, Russ Quinn et al. Το βιοεκτυπωμένο τρισδιάστατο εξωτερικό φράγμα του αμφιβληστροειδούς αποκαλύπτει τον εξαρτώμενο από το RPE χοριοειδή φαινότυπο σε προχωρημένη εκφύλιση της ωχράς κηλίδας. Μέθοδοι φύσης, 2022; DOI: 10.1038/s41592-022-01701-1
